Aufbau eigener Cloud-Infrastrukturen mit Eucalyptus

Aufbau eigener Cloud-Infrastrukturen mit Eucalyptus

Andreas Ries Fakult¨ at f¨ ur Informatik,

Hochschule Mannheim, Paul-Wittsack-Straße 10,

68163 Mannheim ries.andreas@web.de

Zusammenfassung Der Begriff Cloud Computing ist zur Zeit in aller Munde. Jeder m¨ ochte mit Hilfe der Technologie Geld und Zeit sparen.

Daher gibt es am Markt eine F¨ ulle von kommerziellen Anbietern, die ihren Service zur Verf¨ ugung stellen. Nur wenige User machen sich dabei Gedanken ¨ uber die Sicherheit oder ¨ uber die Techniken, die dabei zum Einsatz kommen. Dies ist oftmals auch nicht m¨ oglich, da es sich um sogenannte Private Clouds handelt. Um Einblick in die Funktionsweise und Architektur eines solchen Systems zu bekommen, besteht mit dem Open Source Projekt Eucalyptus die M¨ oglichkeit, sich recht einfach eine eigene Cloud Struktur aufzubauen und zu verwalten. In diesem Beitrag wird der Aufbau und die Installation der Software beschrieben.

Diese Arbeit gibt einen Einblick in den Aufbau, die Installation und die Verwal- tung einer eigenen Cloud-Struktur mit Eucalyptus. Nachdem einige Grundlagen erl¨ autert sind, wird die Architektur, die einer Eucalyptus Cloud zugrunde liegt, genauer untersucht. Im folgenden Teil werden die wichtigsten Voraussetzungen und Schritte f¨ ur die Installation einer eigenen Cloud aufgef¨ uhrt und im letzten Teil ein kurzer Einblick in die Verwaltung der Cloud gegeben. Abschließend folgt eine kurze Zusammenfassung sowie ein Fazit des Autors.

1 Cloud Computing Begriffe

1.1 Public Cloud

Gartner defines public cloud computing as a style of computing in

which scalable and elastic IT-enabled capabilities are delivered as a ser-

vice to external customers using internet technologies. Private cloud com-

puting is defined as a style of computing in which scalable and elastic

IT-enabled capabilities are delivered as a service to internal customers

using internet technologies [2]

Abbildung 1. Auswahl einiger Cloud Anbieter[3]

Wie Abbildung 1 zeigt, gibt es Public Clouds kommerzieller Anbieter zu Hauf im Internet. Sie bieten die M¨ oglichkeit Ressourcen jeglicher Art zu mieten. Das Angebot umfasst dabei alle Arten von Cloud Systemen wie Software as a Service (SaaS), Platform as a Service (PaaS) und Infrastucture as a Service (IaaS).

Durch die Spezialisierung der Anbieter auf die Versorgung ihrer Kunden mit Hardware, Plattformen, etc ist es ihnen m¨ oglich ihre Services zu sehr g¨ unstigen Preisen zur Verf¨ ugung zu stellen. Dadurch stellt sich f¨ ur Unternehmen oftmals gar nicht erst die Frage, ob der Aufbau einer eigenen Cloud lohnenswert ist.

Vorteile:

– Sehr kosteneffizient

– Minimale Investitionskosten – Schnelle Reaktionszeit – Hohe Flexibilit¨ at Nachteile

– Abh¨ angigkeit vom Anbieter – Gefahr eines Lock-In

– Vertrauliche Daten werden außerhalb der eigenen Einrichtung aufbewahrt – Probleme beim Datenschutz

1.2 Private Cloud

Private Clouds sind weit weniger verbreitet als ihre ¨ offentlichen Ableger. Sie

sind h¨ aufig nur im wissenschaftlichen Bereich oder in Unternehmen mit sehr

vertraulichen Daten anzutreffen. Grund sind meist die immensen Kosten f¨ ur die Infrastruktur, die Installation und die Wartung der Cloud. Daher kommen Ent- wicklungen aus dem Bereich der Private Clouds oftmals aus dem forscherischen Umfeld von Universit¨ aten.

Vorteile:

– Voller Zugriff auf die Struktur der Cloud – Kontrolle ¨ uber alle Vorg¨ ange

– Weiterentwicklung der Cloud – Einbringung eigener Ideen Nachteile

– Hohe Investitionskosten – Verwaltungskosten

– Entsprechendes Know-How erforderlich

1.3 Infrastucture as a Service

Abbildung 2. Verschiedene Arten an Cloud-Systemen[1]

Ein Merkmal des Cloud Computing ist das zur Verf¨ ugung stellen von Ressour-

cen. Diese Ressourcen sind im Falle des Infrastucture as a Service Hardware-

komponenten wie CPUs, RAM oder Festplattenspeicher. Der Kunde hat dabei

nur eine abstrakte Sicht auf die Hardware und kann diese nach seinen individu- ellen Bed¨ urfnissen zusammenstellen. Auf den so erstellten virtuellen Rechnern kann er beliebige Betriebssysteme mit Administrator-Rechten betreiben und so alle relevanten Einstellungen wie Firewall, User und Storage-Management selbst vornehmen.[1]

2 Eucalyptus

Abbildung 3. Logo der Open Source Software Eucalyptus [3]

Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To Useful Systems, kurz Eucalyptus, ist eine Open Source Software zur Erzeugung eigener Cloud Strukturen. Entwickelt wurde Eucalyptus an der University of California, Santa Barbara. Eucalyptus entstand aus einem Forschungsprojekt und ist auf der Homepage der Universit¨ at seit Mai 2008 zum Download verf¨ ugbar. Seit dem offiziellen Release sind in relativ kurzen Abst¨ anden mehrere Versionen erschie- nen. Die Aktuellste ist zur Zeit Version 1.6.1 [3]

2.1 Eucalyptus Komponenten

Eine Eucalyptus Cloud besteht im wesentlichen aus vier Komponenten; dem Cloud Controller (CLC), dem Cluster Controller (CC), dem Node Control- ler(NC) und des Speicherverwaltungssystems Walrus, die alle als Web Services implementiert wurden. Jeder Controller repr¨ asentiert eine Ebene in der Cloud und hat spezifische Aufgaben.[4]

Abbildung 4. Die 3 Ebenen einer Eucalyptus Cloud [3]

Cloud Controller Der CLC repr¨ asentiert die oberste Ebene in der Cloud.

Er ist einmalig in der Cloud und die Schnittstelle zur Außenwelt. Er nimmt Auftr¨ age entgegen und verteilt diese auf die n¨ achste Ebene zu den Clustern.

Dazu sammelt der CLC die Ressourceninformationen, die er von seinen CC’s ubermittelt bekommt. ¨

Cluster Controller Ein CC verwaltet einen Pool von NC,s, welche dem CC ihre Ressourcen mitteilen. Der CC entscheidet anhand dieser Daten, welcher Node eine angefragte VM

starten soll. Des weiteren ist er f¨ ur die Verwaltung des Netzwerkes zust¨ andig, das ihn und seine NC’s verbindet.

Node Controller Ein NC repr¨ asentiert die unterste Ebene in der Architektur.

Er muss auf jeder Maschine installiert sein, die sp¨ ater VM starten soll. Der NC teilt seinem CC den aktuellen Zustand seiner Ressourcen (virtuelle Prozessoren, freier Haupt- und Festplattenspeicher) mit und ist f¨ ur die von ihm gestarteten VM’s zust¨ andig.

Walrus Walrus ist der Speicherservice innerhalb der Cloud. Die Hauptaufga- be von Walrus ist das Lagern von Eucalyptus Machine Images (EMI). EMI’s beinhalten die Abbilder der Betriebssysteme, die sp¨ ater von den NC’s gestartet werden k¨ onnen. Zus¨ atzlich kann Walrus als Raw Data Storage verwendet werden und so auch andere relevante Daten speichern.

[1] [4]

3 Installation

Die Entwickler von Eucalyptus werben mit der einfachen Installation ihres Pro- duktes. In der Tat geht die Installation der Software, dank der umfangreichen Dokumentation, recht einfach von der Hand. Die Installation erfolgt mit Hilfe von Bin¨ arpaketen, die zur Zeit f¨ ur CentOS, Ubuntu, openSUSE und Debian auf der Homepage zum Download bereitstehen.

3.1 Voraussetzungen

Um eine Cloud mit Hilfe von Eucalyptus aufzubauen ist mindestens ein Rechner mit einem installierten Linux und root-Zugriff erforderlich. Es ist m¨ oglich den CLC, den CC, den NC und Walrus auf ein und demselben Rechner laufen zu lassen. Als Best Practice hat es sich jedoch erwiesen, den CLC, den CC und Walrus zusammenzufassen und f¨ ur jeden Node einen NC zu verwenden. Neben

1

Virtual Machine

Abbildung 5. Komplette ¨ Ubersicht ¨ uber eine Eucalyptus Cloud [1]

Linux muss außerdem auf jedem Rechner, der sp¨ ater VM’s starten soll, ein Xen- Hypervisor oder eine KVM

vorhanden sein.

3.2 Schritte zur Installation – Xen auf allen Nodes installieren – Eucalyptus Komponenten installieren – Cluster einrichten

– Dem Cluster Nodes hinzuf¨ ugen – Ein System in ein Bucket legen (EMS) – Instanz starten

[5]

4 Administration

Eine Eucalyptus Cloud ist kompatibel zu den Amazon EC2 Tools und kann mit diesen komplett verwaltet werden. Zur Zeit arbeitet man zus¨ atzlich an den

2

Kernel Virtual Machine

Euca2ools, um eigene Verwaltungstools zur Verf¨ ugung stellen zu k¨ onnen. Da alle Komponenten als Web Service realisiert sind, kann auf die meist benutzten Funktionen auch komfortabel per Web Browser zugegriffen werden.

Abbildung 6. Erster Log-In in die Cloud[3]

4.1 VM Typen

VM Typen legen die Ressourcen fest, die eine Instanz dieser VM zur Verf¨ ugung stehen. Eucalyptus erlaubt die freie Konfiguration von sechs VM Typen. Stan- dardm¨ aßig sind diese wie folgt belegt:

Name CPUs RAM Festplatte

m1.small 1 128 10

c1.medium 1 256 10

m1.large 2 512 10

m1.xlarge 2 1024 20

c1.xlarge 4 2048 20

Tabelle 1. Liste der VM Typen (Standartbelegung)[3]

Mit Hilfe des Kommandos

Abbildung 7. Eingabe der VM Typen in Eucalyptus[3]

ec2-describe-availability-zones verbose

wird die Liste der definierten VM Typen ausgegeben, sowie die freien und ma- ximalen Instanzen des Clusters angeben.[1]

4.2 Netzwerk Modi

Zur Verwaltung des privaten Netzwerkes innerhalb der Cluster bietet Eucalyptus mehrere Modi an. Die drei wichtigsten werden im Folgenden kurz erkl¨ art.

SYSTEM Mode Dies ist der einfachste Netzwerkmodus, bietet aber auch die wenigsten M¨ oglichkeiten. In diesem Modus verteilt Eucalyptus einfach zuf¨ allig MAC Adressen an die VM Instanzen bevor diese booten und verbindet sie ¨ uber die Xen Bride mit dem Netzwerk. Die Instanzen holen sich dann ¨ uber einen DHCP Server ihre IP-Adressen. Daher muss daf¨ ur gesorgt sein, dass ein DHCP Server mit freien IP-Adressen zur Verf¨ ugung steht. Dieser Modus hat den Vorteil, dass Instanzen schnell und einfach gestartet werden k¨ onnen, was besonders zum Ausprobieren am Laptop geeignet ist.

STATIC Mode Dieser Modus gibt dem Cloud Administrator mehr Kontrolle uber die Verteilung der IP-Adressen an die Instanzen. Der Administrator legt ¨ hierzu erst eine Liste mit Paaren von MAC-/IP-Adressen an. Eucalyptus arbeitet dann bei der Erstellung neuer Instanzen diese Liste ab und vergibt dabei die Paare der MAC-/IP-Adressen. Eucalyptus fungiert hier also als DHCP Server.

Der Rest funktioniert ¨ ahnlich dem System Mode. Geeignet ist diese Variante f¨ ur

Administratoren, denen nur eine festgelegte Anzahl von Adressen zur Verf¨ ugung

stehen.

MANAGED Mode Dies ist der Modus mit den meistens M¨ oglichkeiten, aber auch den meisten Auflagen hinsichtlich der Konfiguration. Im Managed Mode ubernimmt Eucalyptus, genau wie im Static Mode, die Rolle des DHCP Ser- ¨ vers. Allerdings handelt es sich hier um ein sehr viel gr¨ oßeres Netwerk. Benutzer k¨ onnen eine Reihe von named networks oder security groups innerhalb dieser Netzwerke definieren und ihren VM Instanzen diesen zuweisen. Auf diese Weise k¨ onnen die Benutzer spezielle Regeln f¨ ur ihre Netzwerke und somit ihre Instanzen festlegen, wie zum Beispiel SSH-Support. Außerdem ist es m¨ oglich den Instanzen Public IP’s zuzuweisen.

[3]

5 Fazit

Eucalyptus ist auf einem gute Weg sich in der Cloud Computing Welt zu etablie- ren. Als Private Cloud steht es in Kontrast zu dem viel genutzten Angebot der Amazon EC2. Die Entscheidung, die gut bekannten Amazon Services zu kopieren und Eucalyptus kompatibel zu fast allen Features der Amazon Cloud zu machen, macht den Umstieg und die Einarbeitung in dieses neue System einfacher. Auch die Kompatibilit¨ at zwischen Walrus und Amazon S3 war gut gew¨ ahlt. Dies zeigt auch die Tatsache, dass Eucalyptus in der n¨ achsten Version von Ubuntu (Kar- mic Koala) fest enthalten sein wird. [3] Die Entscheidung mit den Euca2ools nun auch eigene Verwaltungsprogramme bereitzustellen zeigt, dass man nicht nur im Schatten von Amazon bleiben will, sondern sich einen eigenen Namen in der Welt der Cloud Computing machen m¨ ochte.

Die Frage, die bleibt, ist nun welche Kundengruppe nach Private Clouds wie Eucalyptus verlangt. Zur Zeit ist vor allem im wissenschaftlichen Umfeld das Interesse hoch, aber auch die Industrie wird in absehbarer Zeit ihr Interessen er- kennen. Die Gefahren von Public Clouds werden auf die Dauer f¨ ur einige Unter- nehmen nicht mehr tragbar sein und einige Prozesse lassen sich auch im Moment noch nicht aus dem Unternehmen heraus verlagern. Daher wird wohl in naher Zukunft der Markt f¨ ur Private Clouds vorhanden sein; im kleinen Umfeld, wie zum Beispiel bei Schulungsfirmen, als auch bei großen Konzernen, die aufgrund des Datenschutzes die volle Kontrolle ¨ uber ihre Daten behalten m¨ ochten.

Literatur

1. Christian Baun und Marcel Kunze:

Cloud-Infrastrukturen mit Linux und Eucalyptus aufbauen Linuxtag August 2009

2. http://it-republik.de/business-technology/news/

Gartner-Unternehmen-werden-Private-Clouds-Vorzug-geben-052759.html Letzter Besuch: 05.01.2010

3

Vergleichbar mit den Elastic IP’s von Amazon

3. http://open.eucalyptus.com

Wiki, Admin Guide, User Guide Version 1.5 4. Tingxi Tan and Cameron Kidle:

An Assessment of Eucalyptus Version 1.4 University of Calgary, Canada 04.05.2009 5. Michael Stapelberg:

Aufbau von Cloud-Infrastrukturen mit Eucalyptus

Seminararbeit, University of Heidelberg 25.05.2009